近年来,由于建筑节能领域对隔热保温材料的需求,阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)作为一种性能优异的高分子保温材料,受到国内外工业界及学术界的广泛关注。目前,阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料在工业化应用中存在几方面的问题亟待解决,一是其燃烧热值较高,火灾载荷较大;二是其极易燃烧,燃烧速度快且燃烧过程中释放大量热、烟与有毒气体;三是一些阻燃性能优异的磷酸酯处理后的硬质聚氨酯泡沫在燃烧过程中烟毒气体产量会进一步提高,不利于火灾救援。针对以上问题,通过燃烧热值规律以及阻燃抑烟机理的研究,为应用领域阻燃RPUF的配方设计提供有效的技术途径。因此,本文主要完成了以下四方面的研究内容:(1)高分子材料的燃烧热值(HoC)是表征建筑材料火灾危险性的重要参数,是计算燃烧热释放和火灾载荷必不可少的基础数据。本文研究了阻燃剂聚磷酸铵(APP),可膨胀石墨(EG),磷酸三(β-氯异丙基)酯(TCPP),三聚氰胺氰尿酸(MCA)及阻燃RPUF体系的HoC与阻燃机理,阻燃性能之间的关系。结果表明,阻燃体系HoC的大小主要取决于材料的元素组成、阻燃剂HoC的贡献及阻燃机理的影响。除RPUF/EG,RPUF/EG/APP外,其他阻燃RPUF体系的HoC随LOI的升高及炭层阻隔作用的增强而降低、随热释放和质量损失速率的减少而降低。(2)为降低阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料燃烧过程中烟毒气体的释放量,自主合成铝酸锌、硅酸锌与铁酸锌,并与甲基膦酸二甲酯(DMMP)及TCPP复配添加到硬质聚氨酯-聚异氰脲酸酯泡沫塑料(PUR-PIR)中,并对其抑烟机理进行了研究。热重-红外联用(TGA-FTIR)分析结果表明,锌盐的加入一方面有效抑制了FPUR-PIR热降解过程中磷氧化合物的挥发,促进了聚合物的成炭作用,另一方面减少了气相产物中的-NCO基团及有毒气体HCN的释放,降低了产烟量及烟毒性。其中铁酸锌在初始降解阶段中具有较好的成炭作用,与其他锌盐相比,在CONE测试中有较为显著的抑烟效果。(3)基于铁酸锌较为优异的抑烟效果,自主合成了三种铁酸盐,铁酸锌,铁酸镍与铁酸铜,研究了铁酸盐与磷酸酯复配对硬质聚氨酯泡沫体系的抑烟规律及作用机理。通过XPS对CONE残炭的测试表明,铁酸锌的加入提高了抗热氧化能力较强的C-C与C=C基团在残炭中的含量。TG-FTIR及X射线衍射(XRD)测试表明,铁酸锌与磷酸酯阻燃剂作用生成了金属磷酸盐,使得更多的含磷降解产物保留在凝聚相参与了成炭,降低了烟毒气体释放。同时,铁酸盐的Lewis酸作用可催化聚合物脱水,促进其降解碎片的交联,形成稳定的炭层,从而达到抑烟目的。(4)采用双季戊四醇(DPER)作为模型化合物,在追踪磷酸硼(BP)对羟基化合物催化成炭作用的基础上,将BP作为协效剂加入到磷酸酯阻燃硬质聚氨酯泡沫中,研究了BP协效体系的催化成炭抑烟过程及作用机理。3 wt%BP降低了FPUR-PIR体系的热释放速率(HRR),TSR及COP。热重-红外-质谱联用(TG-FTIR-MS)对降解逸出气体分析表明,BP的加入减少了燃烧过程中烟毒性气体的释放。此外,XPS残炭化学结构的分析表明,3 wt%BP的添加,石墨炭的含量由52.5%升高至58.4%,石墨炭的增加可提高炭层的热稳定性。